强行压缩水会发生什么?压缩到极限会变成黑洞,把地球吞掉
综述
水在我们的生活中随处可见,甚至被称为是生命之源。
它有一个独特的特性,当它成为固体的时候密度反而会变小。从微观上解释,那是因为当水处在液体状态的时候,水分子之间相隔的距离更加紧密,这也说明了水其实是一种很难压缩的东西。
不过理论上来说,很难压缩并不代表着不能被压缩,在一些特定的情况下也是可以办得到的,那么水被强行压缩之后便发生怎样的变化呢?
气、液、固
物体一般有三种存在形式,气态、液态以及固态,它们之间在宏观和微观上都有一定的区别,宏观上的区别想必不用多说。
在微观上,当为气体的时候,物质分子间的距离很大,相互之间基本都没有作用力,它们通常没有什么固定的形状和体积,想要压缩起来很容易。
当为液体的时候,分子之间的距离缩减了一些,但相互作用力还是很弱,因为分子们并不需要为了平衡而处在一个固定的位置,所以液体会具有一定的流动性。
当成为固体的时候,分子之间就会挨得很紧密,这时候,分子之间的相互作用力也就会很大,为了处于一个比较平衡的状态,分子只会在固定的位置上小范围的运动,这时候物体也就会形成一定的形状。
普通压缩
同一个物质,所处的温度越高,它的分子也就会越活越,分子间的距离也就会越大,因此这些分子们就像是一个个怕冷的孩子一样,温度越低就会抱得越紧。
所以要想进行压缩,那首先就得通过降温的方式,让这些孩子们抱得更紧,或者通过压力的方式,利用外力将他们收紧。
不过由于水结构的特殊性,成为液体的时候反而比固体的时候,分子之间的间隙反而越小,所以降温显然不现实,那么用压力的方法可行吗?
我们来计算一下大概需要多大的压力。
标准大气压的压强为101kPa,也就是说,每平方厘米收到的压力在十牛顿左右,我们以此单位来计算。
根据科学家得到的数据,要想压缩水给它改变形态,大概需要一万到十万个标准大气压。实验室中比较常见的用于施压的方法叫作金刚石压砧技术,它的极限在几十万个标准大气压,所以压缩水轻而易举。
但通过实验,科学家发现,当为水施加压力的时候,水会变成冰的形态,一旦消除还是会回到原来水的状态,其实并没有达到我们想要的目的。这时候我们就要换一个角度思考。
强行压缩
虽然水分子之间的距离已经足够小了,但我们还可以从原子的角度对水分子进行压缩。
原子主要是由原子核和电子组成的,虽然原子的质量取决于原子核的质量,但实际原子核的占地相对于整个原子来说非常小,大概就像一个足球场和一个蚂蚁的大小区别,所以就此而言,原子的压缩空间非常大。
但从技术层面来讲,压缩原子需要克服一个巨大的排斥力,也就是由电子产生的,对抗外部的力量。
这种情况的发生至少需要五十万个标准大气压,那些电子才能够发生逃逸。此时你会发现水的化学性质发生了变化,它不再变得透明,而是拥有的自己的颜色。
而目前我们所知道压强很大的地方,地球上住在地心的位置,那里大概有四、百万个大气压,在那里,水中的氢元素可以压缩成一种氢金属。
而来到行星木星的内核,这里的气压可以达到一千个标准大气压,这样的情况下,原子内部的电子开始产生一种电子简并压,向外排斥,如果力量敌不过,电子就会被挤出金属核外,发生质子反应,这时候的水分子已经变成了中微子。
随着中微子的不断聚集会形成中子,压力继续上升,中子会结合成为一颗中子星。
当气压到达一定极限的时候,中子星的体积被压缩的无限小,质量还在不停的增大,这不就会坍缩成为一个可怖的黑洞吗?
小结
这个结果属实是有些令人意外,谁会将水和黑洞联想起来呢?黑洞这样一个连光速都无法逃逸的天体,一不小心还会将地球给吞噬进去,对于人类来说更是一个可望而不可即的存在。
不过这终究就是一种理想化的理论罢了,毕竟要真想实现这个事情,所需要的压强是我们无法想象的,以我们现在的能力能不能办不办得到还要另说,光是操作难度就已经是地狱界别的了,更不要说其中可能还遇到许多目前无法解决的困难。
现在人类的认识水平和科学技术还十分有限,面对这些天马行空的想象也是能当作一种想象罢了。
即便是想要通过压缩水来得到人造黑洞,这个方法在目前看来也并不是很好的方法,所以研究出来并没有什么太大的意义,不过就是满足人类的好奇心罢了。